DE102018220056A1 - Präzisionsschienenherstellungsverfahren und Präzisionsschiene - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Präzisionsschienenherstellungsverfahren, bei welchem ein Laufbahnbereich (10) gebildet wird.Es wird vorgeschlagen, dass Material zur Herstellung wenigstens eines Teils des Laufbahnbereichs auf ein Bauelement (12) durch Laserstrahl-Auftragschweißen und/oder Elektronenstrahl-Auftragschweißen aufgetragen wird.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Präzisionsschienenherstellungsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es ist ein Präzisionsschienenherstellungsverfahren bekannt, bei welchem ein Teil eines Rohprofils aus 90MnCrV6 abgetrennt wird. Nachfolgend werden Durchgangsbohrungen für Befestigungsschrauben erzeugt und es erfolgt eine Endenbearbeitung. Nach einem Härten wird ein Richten vorgenommen und durch ein Vorschleifen, Fertigschleifen, Konservieren und Verpacken entsteht ein auslieferungsfähiges Produkt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine effiziente Herstellung zu erreichen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
  • Die Erfindung geht aus von einem Präzisionsschienenherstellungsverfahren, bei welchem ein Laufbahnbereich gebildet wird.
  • Es wird vorgeschlagen, dass Material zur Bildung wenigstens eines Teils des Laufbahnbereichs auf ein Bauelement durch Laserstrahl-Auftragschweißen und/oder Elektronenstrahl-Auftragschweißen, insbesondere in einer oder in mehreren Schichten (Lagen), aufgetragen wird. Erfindungsgemäß kann ein effizientes Herstellen erreicht werden. Insbesondere können kurze Durchlaufzeiten beim Herstellen der betreffenden Präzisionsschienen erreicht werden. Ferner kann eine flexible Bohrbearbeitung erzielt werden, da die Bohrbearbeitung vor oder nach dem Härte- und Schleifprozess erfolgen kann, wodurch weniger Verschnitt anfällt. Außerdem kann erreicht werden, dass Richtprozesse deutlich reduziert werden können oder sogar entfallen können. Insbesondere wird erfindungsgemäß erreicht, dass ein Härten schon bei dem Laserstrahl-Auftragschweißen bzw. dem Elektronenstrahl-Auftragschweißen erfolgt, wodurch ein Verwenden von separaten Härteanlagen bzw. das Ausliefern an eine externe Härterei entfällt. Insbesondere ist das Härten umweltgerechter und ressourcenschonender. Des Weiteren sind Materialkosten für das Bauelement gering. Weiterhin kann insbesondere hochwertiges Material, das den Laufbahnbereich bildet, in minimiertem Umfang und damit sehr effizient eingesetzt werden.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
    • 1 zeigt eine Präzisionsschiene in einem unvollständig hergestellten Zustand.
  • 1 zeigt eine Ansicht einer Stirnseite einer Präzisionsschiene in einem Zustand, in welchem ein erster Laufbahnbereich 10 und eine Schicht 18, welche einen zweiten Laufbahnbereich 11 bildet, noch auf ein Bauelement 12 der Präzisionsschiene aufgebracht werden müssen. Räumliche Begrenzungen der Schicht 18 und des Laufbahnbereichs 10 sind in 1 gestrichelt dargestellt. Das Bauelement ist ein Grundkörper der Präzisionsschiene und hat in einem Zustand, in dem diese vollständig hergestellt ist, eine Masse von mehr als 70 % der Gesamtmasse der Präzisionsschiene.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung der Präzisionsschiene wird Material zur Herstellung des Laufbahnbereichs 10 auf das Bauelement durch Laserstrahl-Auftragschweißen (auch „Lasercladding“ genannt) aufgetragen. Dazu wird das Material in Form eines Schweißdrahts, der endlos von einem Coil stammen kann, örtlich angrenzend an den Bereich 16 des Bauelements, welcher zum Tragen des Laufbahnbereichs 10 vorgesehen ist, verflüssigt, wobei der verflüssigte Draht mäandrierend auf den Bereich 16 aufgebracht wird und unverzüglich erstarrt. Damit der Grundkörper unmittelbar vor dem Aufbringen des Materials die gewünschte Temperatur hat, kann dieser vorgewärmt bzw. vorgekühlt werden. Bei Aufbringen des Materials auf den Bereich 16 sorgt das Volumen des Grundkörpers für eine gewünschte Abkühlungsgeschwindigkeit in dem aufgebrachten Material, sodass ein feinkörniges martensitisches Gefüge mit einer Härte im Bereich von mehr als 55 HRC entsteht. Damit erfolgt zusammen mit dem Aufbringen des Materials ein Härten des Laufbahnbereich 10, was Prozesskosten und Zeit einspart. Der Laufbahnbereichs 10 ist schließlich eine aus dem Material bestehende Schicht, die eine Dicke von etwa 1 mm aufweist und stoffschlüssig an dem Bauelement befestigt ist.
  • Zusätzlich kann auch eine thermische Vor- und/oder Nachbehandlung sowie eine anschließende Wärmebehandlung zur Verbesserung der Gefüge- und Festigkeitseigenschaften insbesondere der Rand- und Übergangsschicht des Laufbahnbereichs 10 erfolgen.
  • Zur Verflüssigung des Drahts wird ein Laserstrahl verwendet. In einer alternativen Ausführung der Erfindung wird durchgehend ein Elektronenstrahl statt des Lasers verwendet (Elektronenstrahl-Auftragschweißen, auch bekannt als „electron beam cladding“).
  • Der Draht kann insbesondere aus Wälzlagerstahl, Werkzeugstahl, Schnellarbeitsstahl, einem hochlegierten Stahl, wie z. B. 100Cr6 (Werkstoffnummer 1.3505), 100CrMnSi6-4 (100CrMn6, 1.3520), 100CrMo7-3 (1.3536), 100CrMnMo8 (1.3539), 110MnCrTi8 (1.8425), M50 (80MoCrV42-16, 1.3551), Cronidur 30 (X30CrMoN15-1, 1.4108), X2CrNiMol7-12-2 (1.4404) oder X45CrSi9-3 (1.4718) sein.
  • Insgesamt kann für das beschriebene Verfahren, insbesondere beim Laserstrahl-Auftragschweißen, statt eines Drahts auch beispielsweise ein Pulver oder ein Band verwendet werden. Gerade in Pulverform ist eine größere Auswahl an Werkstoffen (Schweißzusatzstoffe) verfügbar, weil Pulver einfacher hergestellt werden kann als Draht oder Band. Auch mehrere Werkstoffe können, gemeinsam oder in mehreren Lagen übereinander geschichtet, durch das erfindungsgemäße Auftragschweißen aufgetragen werden. Man verwendet hierfür beispielsweise Drähte oder Pulver aus unterschiedlichen Werkstoffen oder auch Pulvergemische.
  • Das Bauelement besteht aus Gusseisen (z. B. Sphäroguss, GJS, oder austenitischferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit, ADI). In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Bauelement beispielsweise aus Baustahl oder Vergütungsstahl, so etwa dem Stahl S185, dem Stahl S235, dem Stahl S275, dem Stahl S295, dem Stahl S355, oder dem Stahl S460 (jeweils verschiedene Varianten und Werkstoffnummern möglich, z. B. S235JR, S235JRG1, S235JRG2) oder dem Stahl C22 (1.0402) bestehen. Damit besteht die Schicht 14 aus einem Material, das höherwertiger ist als das Material des Bauelements, d. h. insbesondere eine höhere Lebensdauer bei Wälzbeanspruchung (Randschichtbeanspruchung) erwarten lässt. Da die Schicht 14 und der Grundkörper aus verschiedenen Eisenwerkstoffen sind, haften sie gut stoffschlüssig aneinander.
  • Eine Schicht 18, die den zweiten Laufbahnbereich 11 bildet, wird analog zur Schicht 14 hergestellt. Nach vollständiger Herstellung der Präzisionsschiene wird diese mit Walzkörpern (nicht gezeigt), welche vorliegend durch Rollen gebildet sind, und einer weiteren Schiene in bekannter Weise zu einer vollständigen Präzisionschienenführung zusammengefügt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Laufbahnbereich
    11
    Laufbahnbereich
    12
    Bauelement
    14
    Schicht
    16
    Bereich
    18
    Schicht
    20
    Dicke

Claims (11)

  1. Präzisionsschienenherstellungsverfahren, bei welchem ein Laufbahnbereich (10, 11) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass Material zur Herstellung wenigstens eines Teils des Laufbahnbereichs auf ein Bauelement (12) durch Laserstrahl-Auftragschweißen und/oder Elektronenstrahl-Auftragschweißen aufgetragen wird.
  2. Präzisionsschienenherstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei dasselbe Material oder verschiedene Materialien in einer Schicht oder in mehreren Schichten aufgetragen werden.
  3. Präzisionsschienenherstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Material Wälzlagerstahl und/oder Werkzeugstahl und/oder Schnellarbeitsstahl und/oder wenigstens einen hochlegierten Stahl und/oder 100Cr6 und/oder 100CrMnSi6-4 und/oder 100CrMo7-3 und/oder 100CrMnMo8 und/oder 110MnCrTi8 und/oder 80MoCrV42-16 und/oder X30CrMoN15-1 und/oder und/oder X2CrNiMo17-12-2 und/oder X45CrSi9-3 aufweist.
  4. Präzisionsschienenherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bauelement zumindest teilweise aus Baustahl, Vergütungsstahl und/oder Gusseisen und/oder einem Stahl S185 und/oder einem Stahl S235 und/oder einem Stahl S275 und/oder einem Stahl S295 und/oder einem Stahl S355 und/oder einem Stahl S460 und/oder dem Stahl C22 und/oder Sphäroguss und/oder austenitischferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit besteht.
  5. Präzisionsschienenherstellungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bauelement ein Grundkörper einer Präzisionsschiene ist.
  6. Präzisionsschienenherstellungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Material eine Schicht (14, 18) bildet, welche eine Dicke (20) von weniger als 3 mm, vorzugsweise weniger als 2 mm aufweist.
  7. Präzisionsschienenherstellungsverfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Material als Draht und/oder Band und/oder Pulver vorliegt.
  8. Präzisionsschienenführungsherstellungsverfahren, bei welchem wenigstens eine Schiene einer Präzisionsschienenführung durch ein Präzisionsschienenherstellungsverfahren nach einem der vorigen Ansprüche hergestellt wird.
  9. Präzisionsschiene für eine Präzisionsschienenführung, welche nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt wurde.
  10. Präzisionsschiene für eine Präzisionsschienenführung, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil eines Laufbahnbereichs (10, 11) der Präzisionsschiene durch eine Schicht (14, 18) gebildet ist, welche metallurgisch höherwertiger ist als ein Material eines Bereichs (16) der Präzisionsschiene, an welchen die Schicht unmittelbar angrenzt.
  11. Präzisionsschienenführung mit einer Präzisionsschiene nach einem der Ansprüche 9 oder 10.
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